CN108003579A - 一种环保降解塑料袋及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环保降解塑料袋，包括如下重量份的原料：PBAT100份；玉米淀粉20‑30份；偶联剂1‑5份；相容剂0.1‑0.5份；PLA聚乳酸10‑20份。本发明采用的是玉米淀粉包括普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉，普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉的质量比为3‑5：1，提高了塑料袋的承重强度和在土壤中的降解效果。

Description

一种环保降解塑料袋及其制作工艺
技术领域
本发明属于包装技术领域，具体涉及一种环保降解塑料袋及其制作工艺。
背景技术
目前，中国塑料年产量为3000万吨，消费量在6000万吨以上。全世界塑料年产量为10亿吨，如果按每年15%的塑料废弃量计算，全世界年塑料废弃量就是15000万吨，中国的年塑料废弃量在1000万吨以上，废弃塑料在垃圾中的比例占到40%，这样大量的废弃塑料作为垃圾被埋在地下，无疑给本来就缺乏的可耕种土地带来更大的压力。塑料在给人们的生活带来方便的同时，也给环境带来了难以收拾的后患，人们把塑料给环境带来的灾难称为“白色污染”。塑料袋的确给人们生活带来了方便，但是这一时的方便却带来长久的危害。
目前,北京每年产生废旧塑料包装垃圾14万吨，占整个生活垃圾的3%；上海每年产生废旧塑料包装垃圾19万吨，占生活垃圾总量的7%；天津每年的废旧塑料包装垃圾也超过10万吨；济南每年消耗塑料方便袋约30亿只。
一般来说，不可降解的大众塑料对地球的危害包括有：1.塑料袋回收价值较低，容易在使用过程中除了散落在城市街道、旅游区、塑料结构稳定，不易被天然微生物菌降解，在自然环境中长期不分离。这就意味着废塑料垃圾如不加以回收，将在环境中变成污染物永久存在并不断累积，会对环境造成极大危害。2.影响农业发展。废塑料制品混在土壤中不断累积，会影响农作物吸收养分和水分。3.抛弃在陆地上或水体中的废塑料制品，被动物当作食物吞入，导致动物死亡。青海湖畔有20户牧民共有近千只羊因此致死，经济损失约30多万元。这样的事在动物园、牧区、农村、海洋中屡见不鲜。4.废塑料随垃圾填埋不仅会占用大量土地，而且被占用的土地长期得不到恢复，影响土地的可持续利用。进入生活垃圾中的废塑料制品如果将其填埋，200年的时间不降解。
目前，很多国家都采取焚烧（热能源再生）或再加工制造（制品再生）的办法处理废弃塑料。焚烧所产生的有害烟尘和有毒气体，会造成对大气环境造成污染。面对日益严重的白色污染问题，人们希望寻找一种能替代现行塑料性能又不造成白色污染的塑料替代品，因此可降解塑料袋应运而生。这种新型功能的塑料的特点是在达到一定使用寿命废弃后,在特定的环境条件下，由于其化学结构发生明显变化，引起某些性能损失及外观变化而发生降解，对自然环境无害或少害。
可降解塑料是利用植物秸杆等制成的对人体和环境友好的物品，不同于三大合成的塑料,废弃后,在生物环境的作用下，可以自行分解，无论对人还是环境都无害，属于绿色包装。可降解塑料袋是“能降解、易降解”的一种一次性购物袋。可降解塑料袋从原料和分解因素的不同，可分为两种：一种是以聚乙烯塑料为主，掺混淀粉等生物降解剂制成的塑料袋，也叫做可生物降解型塑料袋。这种塑料袋主要靠微生物作用而分解。但这种可降解塑料只能将大块的塑料降解成较小的塑料块，塑料分子的成分并没有完全消失，所以它的降解是有限度的。另一种是以聚乙烯塑料为主，掺混光降解剂和碳酸钙等矿物粉体制成的塑料袋，也叫做光降解型塑料袋。这种塑料袋是在太阳光的作用下分解。其缺点是降解时间因日照和气候变化难以预测，因而无法控制降解时间。
目前国内研究出了一种新的可降解塑料，其成分是聚乙烯醇加淀粉再加光敏剂合成的，聚乙烯醇本来就比聚乙烯容易降解，添加光敏剂可以通过吸收阳光来加速塑料的降解，淀粉则可以促进塑料在土壤中生物降解的速度。因此这种新型可降解塑料相对于前种更容易降解，而且它降解后塑料成分分解成碳和水等简单分子结构的物质，比较环保。光、生物双降解塑料比光降解型塑料和生物降解型塑料有了很大的改进，迄今为止具有工业规模的光—生物双降解塑料是在普通非降解聚烯烃塑料中添加光降解剂（如铁盐类光敏剂）和微生物营养剂（如淀粉，纤维素，甲壳质等）掺混性光—生物双降解塑料。降解时间：双降解塑料完全分解为二氧化碳和水是需要很长时间的，一般而言2-12个月内。制品失去了原形变成小的碎片即可认为降解已基本完成。
目前尽管有关降解塑料的研究和报道较多，但许多具体问题不能解决，可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低，给人一种不够清洁和难看之感，用起来不放心。另外可降解塑料袋承重能力低，不能满足顾客多装东西和反复使用的要求；含淀粉的降解塑料耐水性都不好，湿强度差，一遇水则力学性能大降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保降解塑料袋，并提供一种该环保降解塑料袋的制作工艺。
为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种环保降解塑料袋，包括如下重量份的原料：
PBAT 100份；
玉米淀粉 20-30份；
偶联剂 1-5份；
相容剂 0.1-0.5份；
PLA聚乳酸 10-20份。
优选地，所述玉米淀粉包括普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉，普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉的质量比为3-5：1。
优选地，二硫代氨基甲酸改性淀粉的制备方法为：a、制备先将淀粉500g与2000～12000mL缓冲溶液混合，得到淀粉浆，然后在淀粉浆中加入复合酶，复合酶的加入量为淀粉重量的3％～5％，接着在45～60℃和水浴震荡条件下恒温反应2～20h，再加入质量百分比浓度为4％的氢氧化钠17～20mL，终止酶解反应，抽虑，得到固形物与上清液，固形物用蒸馏水洗涤至pH为中性，最后在40～60℃下，真空干燥得到白色粉末为初步改性淀粉，该初步改性淀粉吸水率≥1.73g/g；上述复合酶由糖化酶和α-淀粉酶组成，按照糖化酶∶α-淀粉酶＝1∶2～5质量比量取，再混合均匀得到；上述缓冲溶液是先量取柠檬酸∶磷酸氢二钠＝1∶2质量比，然后加水搅拌均匀使pH为5；b、在第一步得到的100g初步改性淀粉中加入稀碱液200～400mL和作为交联剂的环氧氯丙烷5～10mL，搅拌混匀后再缓慢加入稀碱液100mL，在25℃下反应18h，反应结束后调节溶液的pH值至中性，再抽滤，固形物水洗去除C1-，最后80℃真空干燥得到含水率为11％的交联交联初步改性淀粉；上述稀碱液是先按照氢氧化钠∶氯化钠∶水＝1∶12∶200质量比量取，然后混合成为pH为12～14的溶液；c、在100g含水率为11％的交联初步改性淀粉中加入作为醚化剂的环氧氯丙烷250～300mL，搅拌均匀后加入质量百分比浓度为60％的高氯酸1.0～2.5mL，在80℃～90℃下反应18h后冷却到室温，再抽滤，固形物依次用水，无水乙醇，无水甲醇洗涤，再用丙酮脱水，最反50～60℃真空干燥，得到醚化改性淀粉；d、在100g醚化改性淀粉中加入750～1200mL水和1.0g～2.0g无水Na2CO3，搅拌均匀后缓慢加入胺化剂150～250mL，在40～60℃下反应0.5～1h，再升温至80℃反应3～5h，反应结束后静置、冷却到室温，然后分别用质量百分比为1％的盐酸和1％的氢氧化钠将pH值至中性，抽滤，用去离子水洗涤固形物，再用丙酮脱水，最后50～60℃真空干燥得到胺化变性淀粉；e、将100g胺化改性淀粉在0℃冷水水浴条件下加入1500～3000mL无水乙醇和200～350mL高纯水，充分混匀后，缓慢滴加350～500mL质量百分比浓度为40％的氢氧化钠，反应2h后，向体系内慢慢滴加由90～250mL二硫化碳和300～800mL无水乙醇组成的混合物，充分混匀后，在油浴条件中30～45℃下反应16～20h，然后升温至50℃以去除未反应的二硫化碳，再依次用质量百分比浓度为1％的盐酸和1％的氢氧化钠，去离子水洗涤至中性，抽滤，固形物用丙酮脱水，50～60℃真空干燥得到二硫代氨基甲酸改性淀粉。
优选地，所述PLA聚乳酸为PLA和聚乙二醇的嵌段共聚物。
所述的环保降解塑料袋，其制备工艺为：A、将PBAT，玉米淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；D、将生物薄膜加工成环保生物降解塑料袋。
本发明的有益效果为：本发明采用的是玉米淀粉包括普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉，普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉的质量比为3-5：1，提高了塑料袋的承重强度和在土壤中的降解效果。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对分发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
制备二硫代氨基甲酸改性淀粉：a、制备先将淀粉500g与2000～12000mL缓冲溶液混合，得到淀粉浆，然后在淀粉浆中加入复合酶，复合酶的加入量为淀粉重量的3％～5％，接着在45～60℃和水浴震荡条件下恒温反应2～20h，再加入质量百分比浓度为4％的氢氧化钠17～20mL，终止酶解反应，抽虑，得到固形物与上清液，固形物用蒸馏水洗涤至pH为中性，最后在40～60℃下，真空干燥得到白色粉末为初步改性淀粉，该初步改性淀粉吸水率≥1.73g/g；上述复合酶由糖化酶和α-淀粉酶组成，按照糖化酶∶α-淀粉酶＝1∶2～5质量比量取，再混合均匀得到；上述缓冲溶液是先量取柠檬酸∶磷酸氢二钠＝1∶2质量比，然后加水搅拌均匀使pH为5；b、在第一步得到的100g初步改性淀粉中加入稀碱液200～400mL和作为交联剂的环氧氯丙烷5～10mL，搅拌混匀后再缓慢加入稀碱液100mL，在25℃下反应18h，反应结束后调节溶液的pH值至中性，再抽滤，固形物水洗去除C1-，最后80℃真空干燥得到含水率为11％的交联交联初步改性淀粉；上述稀碱液是先按照氢氧化钠∶氯化钠∶水＝1∶12∶200质量比量取，然后混合成为pH为12～14的溶液；c、在100g含水率为11％的交联初步改性淀粉中加入作为醚化剂的环氧氯丙烷250～300mL，搅拌均匀后加入质量百分比浓度为60％的高氯酸1.0～2.5mL，在80℃～90℃下反应18h后冷却到室温，再抽滤，固形物依次用水，无水乙醇，无水甲醇洗涤，再用丙酮脱水，最反50～60℃真空干燥，得到醚化改性淀粉；d、在100g醚化改性淀粉中加入750～1200mL水和1.0g～2.0g无水Na2CO3，搅拌均匀后缓慢加入胺化剂150～250mL，在40～60℃下反应0.5～1h，再升温至80℃反应3～5h，反应结束后静置、冷却到室温，然后分别用质量百分比为1％的盐酸和1％的氢氧化钠将pH值至中性，抽滤，用去离子水洗涤固形物，再用丙酮脱水，最后50～60℃真空干燥得到胺化变性淀粉；e、将100g胺化改性淀粉在0℃冷水水浴条件下加入1500～3000mL无水乙醇和200～350mL高纯水，充分混匀后，缓慢滴加350～500mL质量百分比浓度为40％的氢氧化钠，反应2h后，向体系内慢慢滴加由90～250mL二硫化碳和300～800mL无水乙醇组成的混合物，充分混匀后，在油浴条件中30～45℃下反应16～20h，然后升温至50℃以去除未反应的二硫化碳，再依次用质量百分比浓度为1％的盐酸和1％的氢氧化钠，去离子水洗涤至中性，抽滤，固形物用丙酮脱水，50～60℃真空干燥得到二硫代氨基甲酸改性淀粉。
实施例1
A、将PBAT，普通的玉米淀粉和步骤e得到的二硫代氨基甲酸改性淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；
B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；
C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；
D、将生物薄膜加工成是实施例1的环保生物降解塑料袋。
实施例2
A、将PBAT，普通的玉米淀粉和步骤d得到的胺化变性淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；
B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；
C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；
D、将生物薄膜加工成是实施例2的环保生物降解塑料袋。
实施例3
A、将PBAT，普通的玉米淀粉和步骤c得到的醚化改性淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；
B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；
C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；
D、将生物薄膜加工成是实施例3的环保生物降解塑料袋。
实施例4
A、将PBAT，普通的玉米淀粉和步骤b得到的交联初步改性淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；
B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；
C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；
D、将生物薄膜加工成是实施例4的环保生物降解塑料袋。
实施例5
A、将PBAT，普通的玉米淀粉和步骤a得到的初步改性淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；
B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；
C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；
D、将生物薄膜加工成是实施例5的环保生物降解塑料袋。
实施例6
A、将PBAT，普通的玉米淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；
B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；
C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；
D、将生物薄膜加工成是实施例6的环保生物降解塑料袋。
将实施例1-6制备的环保生物降解塑料袋进行测试，结果如下：
纵向拉伸强度（Mpa） 横向拉伸强度（Mpa） 承重（KG） 粉碎在土壤中分解时间（day)
实施例1 16.5 15 >35 12
实施例2 13 12 >20 20
实施例3 12 10 >20 22
实施例4 11 11 >18 28
实施例5 11 11 >19 30
实施例6 11 10 >15 30
通过以上数据可以得出，本发明的技术方案即实施例1与实施例2-6相比，拉伸强度、承重和在土壤中分解效率方面，具有明显的优势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种环保降解塑料袋，其特征在于：包括如下重量份的原料：
PBAT 100份；
玉米淀粉 20-30份；
偶联剂 1-5份；
相容剂 0.1-0.5份；
PLA聚乳酸 10-20份。
2.根据权利要求1所述的环保降解塑料袋，其特征在于：所述玉米淀粉包括普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉，普通玉米淀粉和二硫代氨基甲酸改性淀粉的质量比为3-5：1。
3.根据权利要求1所述的环保降解塑料袋，其特征在于：二硫代氨基甲酸改性淀粉的制备方法为：a、制备先将淀粉500g与2000～12000mL缓冲溶液混合，得到淀粉浆，然后在淀粉浆中加入复合酶，复合酶的加入量为淀粉重量的3％～5％，接着在45～60℃和水浴震荡条件下恒温反应2～20h，再加入质量百分比浓度为4％的氢氧化钠17～20mL，终止酶解反应，抽虑，得到固形物与上清液，固形物用蒸馏水洗涤至pH为中性，最后在40～60℃下，真空干燥得到白色粉末为初步改性淀粉，该初步改性淀粉吸水率≥1.73g/g；上述复合酶由糖化酶和α-淀粉酶组成，按照糖化酶∶α-淀粉酶＝1∶2～5质量比量取，再混合均匀得到；上述缓冲溶液是先量取柠檬酸∶磷酸氢二钠＝1∶2质量比，然后加水搅拌均匀使pH为5；b、在第一步得到的100g初步改性淀粉中加入稀碱液200～400mL和作为交联剂的环氧氯丙烷5～10mL，搅拌混匀后再缓慢加入稀碱液100mL，在25℃下反应18h，反应结束后调节溶液的pH值至中性，再抽滤，固形物水洗去除C1-，最后80℃真空干燥得到含水率为11％的交联交联初步改性淀粉；上述稀碱液是先按照氢氧化钠∶氯化钠∶水＝1∶12∶200质量比量取，然后混合成为pH为12～14的溶液；c、在100g含水率为11％的交联初步改性淀粉中加入作为醚化剂的环氧氯丙烷250～300mL，搅拌均匀后加入质量百分比浓度为60％的高氯酸1.0～2.5mL，在80℃～90℃下反应18h后冷却到室温，再抽滤，固形物依次用水，无水乙醇，无水甲醇洗涤，再用丙酮脱水，最反50～60℃真空干燥，得到醚化改性淀粉；d、在100g醚化改性淀粉中加入750～1200mL水和1.0g～2.0g无水Na2CO3，搅拌均匀后缓慢加入胺化剂150～250mL，在40～60℃下反应0.5～1h，再升温至80℃反应3～5h，反应结束后静置、冷却到室温，然后分别用质量百分比为1％的盐酸和1％的氢氧化钠将pH值至中性，抽滤，用去离子水洗涤固形物，再用丙酮脱水，最后50～60℃真空干燥得到胺化变性淀粉；e、将100g胺化改性淀粉在0℃冷水水浴条件下加入1500～3000mL无水乙醇和200～350mL高纯水，充分混匀后，缓慢滴加350～500mL质量百分比浓度为40％的氢氧化钠，反应2h后，向体系内慢慢滴加由90～250mL二硫化碳和300～800mL无水乙醇组成的混合物，充分混匀后，在油浴条件中30～45℃下反应16～20h，然后升温至50℃以去除未反应的二硫化碳，再依次用质量百分比浓度为1％的盐酸和1％的氢氧化钠，去离子水洗涤至中性，抽滤，固形物用丙酮脱水，50～60℃真空干燥得到二硫代氨基甲酸改性淀粉。
4.根据权利要求1所述的环保降解塑料袋，其特征在于：所述PLA聚乳酸为PLA和聚乙二醇的嵌段共聚物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的环保降解塑料袋，其制备工艺为：A、将PBAT，玉米淀粉，偶联剂、相容剂，PLA聚乳酸混合，在110-220℃下搅拌均匀；B、将搅拌均匀的材料挤出成塑料颗粒；C、将塑料颗粒吹塑成型成塑料薄膜；D、将生物薄膜加工成环保生物降解塑料袋。
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